Circ Res | 哈尔滨医科大学张毛毛团队揭示乳酸化修饰调控心梗后修复机制

2022-11-20 04:41:20, 景杰生物杭州景杰生物科技股份有限公司

景杰生物 | 报道

心肌梗死引发复杂的炎症级联反应，这对急性损伤和梗死后修复至关重要。心梗后早期细胞反应的特征是远程紧急骨髓生成和中性粒细胞及单核细胞的快速募集。心梗后持续过度的炎症反应会放大心肌损伤和心功能不全，而以修复基因特征为特征的修复性单核巨噬细胞调节炎症消退和心脏修复。

具体而言，单核巨噬细胞修复信号的早期激活对于及时恢复免疫稳态和启动心梗后修复过程至关重要。然而，目前尚不清楚在心梗后的早期阶段，骨髓和循环单核细胞是否在心脏募集之前启动修复性转录反应。此外，外周单核细胞中早期远程修复基因激活的机制和分子线索仍有待充分阐明。

乳酸化修饰是一种新发现的表观遗传修饰，通过向赖氨酸残基中添加乳酰基来调节组蛋白，以促进特异性基因转录。研究表明，组蛋白乳酸化修饰启动细胞内源性的 “乳酸时钟”，通过转录调控赋予巨噬细胞稳态基因表达特征[1]。探究心梗后单核细胞修复基因的早期编程模式以及组蛋白乳酸化修饰调控修复性信号的作用及机制，对于提高对心梗后内源性保护机制的了解、寻找心梗后心脏保护策略的干预靶点具有重要意义。

2022年10月21日，哈尔滨医科大学附属第二医院心内科于波、张毛毛、吴健教授课题组在Circulation Research (IF=23.213)上在线发表了题为“Histone Lactylation Boosts Reparative Gene Activation Post Myocardial Infarction”的研究论文，揭示了组蛋白乳酸化修饰促进心梗后单核细胞修复基因的早期远程激活，从而有利于心梗后免疫稳态和修复环境建立的作用及分子机制。研究为心梗后“代谢-表观遗传-免疫”级联反应机制提供了新的视角，为改善心梗后心脏修复提供新的线索和理论基础。景杰生物为该研究提供了一系列修饰相关抗体，包括乳酸化修饰修饰抗体和乙酰化修饰抗体 (PTM1401、PTM1406RM、PTM101等) 。

首先，研究者通过单细胞测序和RNA-seq分析了小鼠心梗后不同时间点骨髓和外周血单核细胞基因表达模式的改变，发现了以修复基因表达上调和相关途径富集为特征的修复性信号在心脏募集之前已经在骨髓和循环单核细胞中启动，提示心梗后单核细胞修复反应的早期远程激活。

图1 心梗后骨髓和循环单核细胞中修复基因的早期远程激活

随后，研究者发现，单核-巨噬细胞的组蛋白乳酸化修饰水平在心梗后早期迅速而显著地升高，包括先前鉴定的组蛋白H3K18位点乳酸化修饰(H3K18la) 。研究者进一步利用CUT&Tag结合RNA-seq分析筛选乳酸化修饰候选靶点，并最终关注于Lrg1、Vegf-a和IL-10作为心梗后单核细胞H3K18la的下游靶基因。

图2 H3K18la启动心梗后修复基因表达

为了研究H3K18la对基因表达的直接影响，研究者通过外源性乳酸或乳酸脱氢酶抑制剂FX-11处理来操纵骨髓衍生巨噬细胞 (BMDM) 中的组蛋白乳酸化修饰水平，结果表明H3K18la促进了Lrg1，Vegf-a和IL-10的转录，并改善了BMDM抗炎和促血管生成的双重修复活性。动物实验数据显示，组蛋白乳酸化修饰抑制心梗后过度的炎症反应和病理性心脏重构、促进血管新生，有利于梗死后心脏修复环境并改善心功能。

图3 组蛋白乳酸化修饰促进心梗后心脏修复

研究表明，糖酵解通过提供乳酸作为底物来调节组蛋白乳酸化修饰。然而，心脏募集前单核细胞的代谢转变及其在心梗后调节乳酸化修饰水平中的作用尚不清楚。研究者揭示了心梗后单核细胞由氧化磷酸化向依赖于糖酵解代谢模式转变的代谢重编程，并验证了细胞内代谢模式和细胞外代谢物对乳酸化修饰和乳酸化修饰相关基因表达的调节。为了进一步阐明心梗后单核细胞组蛋白乳酸化修饰的上游调控机制，研究者利用分子对接、免疫共沉淀和RNA干扰等技术证实了组蛋白乙酰转移酶GCN5作为乳酸化修饰writer的潜在作用，以及IL-1β/IL-1R1依赖性GCN5募集介导的靶基因转录调控。

图4 IL-1β依赖性GCN5募集促进H3K18la水平和修复基因表达

综上所述，该研究揭示了组蛋白乳酸化修饰通过促进修复基因转录调节单核巨噬细胞抗炎和促血管生成双重活性，从而有利于心梗后修复环境并改善心梗后心脏功能的重要作用。机制上，揭示了细胞内代谢重编程和MCT1介导的乳酸转运促进组蛋白乳酸化修饰，并证明GCN5作为乳酸化修饰writer介导的靶基因转录调控作用。研究为心梗后心脏保护策略提供新的思路和理论基础。